SSD分類圖

遭遇SSD寫(xiě)放大 讀寫(xiě)性能如何優(yōu)化？

在HDD上，數(shù)據(jù)可以直接覆蓋，所以邏輯地址和物理地址是一一對(duì)應(yīng)的，不會(huì)變更。但SSD硬盤(pán)受限于Flash NAND的讀寫(xiě)特性，數(shù)據(jù)不能像在機(jī)械硬盤(pán)里那樣被直接覆蓋，必須先擦除才能改寫(xiě)(編程)，而且數(shù)據(jù)寫(xiě)入和擦除的最小單位不同；讀寫(xiě)以Page (頁(yè))為單位，擦除以Block（塊）為單位，通常的Page Size(頁(yè)大小)是4KB，而擦除最小單位是Block (塊)，一般包含128個(gè)Page，即512KB，使得在執(zhí)行寫(xiě)入和改寫(xiě)操作時(shí)，需要將原有不需改寫(xiě)的若干Page數(shù)據(jù)加以移動(dòng)(或重寫(xiě))，以滿足擦除的最小單位Block，這些多余的對(duì)無(wú)關(guān)Page的讀寫(xiě)操作增加了數(shù)據(jù)的訪問(wèn)量，即寫(xiě)入放大，減少了閃存盤(pán)的使用壽命，極大地影響了閃存盤(pán)的性能。

傳統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng)的初衷往往是針對(duì)HDD設(shè)計(jì)的，那么如果直接在傳統(tǒng)磁盤(pán)陣列上配置SSD時(shí)，又會(huì)造成什么樣的影響呢？當(dāng)一個(gè)Block中有1個(gè)4KB的數(shù)據(jù)更新（D1→D1’）和一個(gè)4KB的數(shù)據(jù)塊刪除(D3)時(shí)，系統(tǒng)要將整個(gè)可擦除塊的數(shù)據(jù)讀到緩存，在緩存里更新整個(gè)數(shù)據(jù)塊，擦除塊，再把更新后的數(shù)據(jù)寫(xiě)入新擦除過(guò)的塊。整個(gè)數(shù)據(jù)操作流程帶來(lái)的實(shí)際后果是，雖然只需要寫(xiě)4K的數(shù)據(jù)、刪除4K的數(shù)據(jù)，但這兩個(gè)簡(jiǎn)單的更新操作，實(shí)際卻造成了整個(gè)塊（共512KB）的讀出和寫(xiě)入操作，讀寫(xiě)操作一共放大了128倍，從而形成寫(xiě)放大，影響SSD壽命。并且需要讀取、緩存更新、擦除、寫(xiě)入4個(gè)操作步驟才能完成，造成延時(shí)大大增加，影響SSD性能。

寫(xiě)放大影響固態(tài)存儲(chǔ)性能

數(shù)據(jù)條帶化，浪潮HF5000的創(chuàng)造性優(yōu)化

針對(duì)于SSD介質(zhì)的特性，浪潮HF5000-F存儲(chǔ)系統(tǒng)從設(shè)計(jì)之初就進(jìn)行了創(chuàng)造性的優(yōu)化，采用MASP架構(gòu)（Multi-layer Accelerated Sequential Polymeritio，多級(jí)加速順序化聚合架構(gòu)），利用日志式文件系統(tǒng)，對(duì)隨機(jī)不同大小的應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行順序化整理，轉(zhuǎn)換成一個(gè)順序的條帶，當(dāng)該條帶達(dá)到最優(yōu)尺寸（即每塊SSD寫(xiě)入一個(gè)可擦除塊的512KB數(shù)據(jù)），就將數(shù)據(jù)順序、完整地寫(xiě)入后端SSD盤(pán)中。

浪潮全固態(tài)存儲(chǔ)HF5000

整個(gè)的寫(xiě)入數(shù)據(jù)過(guò)程只需三步：首先，主控制器NVDIMM收到寫(xiě)請(qǐng)求，與備控制器NVDIMM鏡像，完成后返回主機(jī)，告知寫(xiě)完成；第二步，寫(xiě)數(shù)據(jù)在內(nèi)存中進(jìn)行在線重復(fù)數(shù)據(jù)刪除和快速壓縮，組成條帶；最后，每個(gè)條帶被整理成10MB，然后一次性下刷到RAID組中（RAID組中的24塊盤(pán)邏輯上可以看做20塊數(shù)據(jù)盤(pán)+3塊校驗(yàn)盤(pán)+1塊熱備盤(pán)，10MB分到每個(gè)數(shù)據(jù)盤(pán)上正好是512KB，與SSD的擦除塊大小一致，從而實(shí)現(xiàn)最大的寫(xiě)入效率）。

讓我們?cè)賮?lái)與傳統(tǒng)SSD做一下對(duì)比，當(dāng)一個(gè)Block中有1個(gè)4KB的數(shù)據(jù)更新（D1→D1’）時(shí)，更新的數(shù)據(jù)塊會(huì)隨著新寫(xiě)入的數(shù)據(jù)進(jìn)行順序化整理，跟著整條帶在新位置追加寫(xiě)入，無(wú)需額外的讀寫(xiě)操作，無(wú)寫(xiě)放大，不影響SSD性能和壽命。

MASP架構(gòu)可優(yōu)化SSD性能

MASP的優(yōu)勢(shì)

除了可以針對(duì)SSD技術(shù)優(yōu)化、降低寫(xiě)入放大之外，浪潮MASP架構(gòu)還有哪些優(yōu)勢(shì)？

其一：NVDIMM日志保障數(shù)據(jù)安全

采用日志式文件系統(tǒng)，寫(xiě)入數(shù)據(jù)的日志信息存放在非易失NVDIMM中，保障意外掉電場(chǎng)景下的數(shù)據(jù)安全，只要有NVDIMM中的日志在，即使數(shù)據(jù)損毀了，仍然可以通過(guò)日志回滾的方式恢復(fù)數(shù)據(jù)；

其二：NVDIMM加速提供更高寫(xiě)性能

利用NVDIMM相比普通DDR4更高的相應(yīng)速度，為后續(xù)的數(shù)據(jù)順序化整理帶來(lái)時(shí)間，借助CPU的處理能力，提升寫(xiě)性能，降低寫(xiě)入延時(shí)，可以保障系統(tǒng)的寫(xiě)性能與讀性能一致，彌補(bǔ)由于SSD介質(zhì)本身讀寫(xiě)性能的落差；

其三：在線重刪＋壓縮，提高空間使用效率

在用戶數(shù)據(jù)寫(xiě)入SSD存儲(chǔ)層之前，進(jìn)行在線重復(fù)數(shù)據(jù)消除操作，該過(guò)程將伴隨后續(xù)的在線數(shù)據(jù)壓縮操作，共同起到提高空間使用效率的作用。

zhangnn

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